设为首页收藏本站

爱吱声

 找回密码
 注册
搜索
查看: 6274|回复: 44
打印 上一主题 下一主题

[科技前沿] 正经说个硬的:原子钟

  [复制链接]
  • TA的每日心情
    慵懒
    2023-12-6 00:54
  • 签到天数: 1562 天

    [LV.Master]无

    跳转到指定楼层
    楼主
     楼主| 发表于 2020-7-22 21:00:00 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
    本帖最后由 七月群山 于 2020-7-22 21:06 编辑 $ F7 V8 y, W8 S9 ^
    4 T* d' X  h/ ^, c/ c4 b
    前不久收官的北斗-3(BDS-3)定位星座,用了一项顶牛逼的硬核科技:氢原子钟。
    " O# i" B& @* `5 e" t2 S
    7 ?( I" O1 R/ @/ g' i氢原子钟是通俗说法。正经说,北斗-3用的是一台叫“被动型惰性氢分子激射器”的时频仪器,简称PHM。
    2 f# D* D. q  M$ N  c$ J! D* X4 Q9 W7 C( ~$ |) A7 {& B" a
    个头、模样大致如此,二十六公斤。. S. D' V3 ]2 P4 e( g" B

    2 }' B+ F4 A8 @氢原子钟,Hydrogen MASER(Microwave/Molecular Amplification by Stimulated Emission of Radiation),分两种:主动有源型(active)和被动无源型(passive)。主动型当然好了,是目前已知精度最高的,就是呢个头太大了些,要求的温度条件和材料也相当苛刻,在地面站没问题,上卫星就不现实了;被动型,就是现在北斗3系用的,精度大概好像可能是差一个0,但是比目前美国GPS的铷钟,还是精确了两个到三个0,也就是一百到一千倍,稳定性也更高,耗电量随之也增加了,大致好像是五十瓦的级别,用在卫星上还不是负担。/ P: V/ Q. I! Q! A. z  l

    - [7 J( E! S7 A2 U' m当然,北斗3系是氢铷钟复合的双保险,这也是新卫星的主流——在卫星方面,目前,中国自己,还真就是主流,平均两星期发一颗,没别人了。/ a4 w. ]' k" P* A2 t* x6 j

      \: a  o3 H. R5 k. j定位星座,美国“老大”,大不大另说,老肯定是够老的;俄罗斯、欧盟也都使用氢钟技术的,但和中国比嘛,理论上是没有代差啦,而且俄版自称抗干扰(此话怎讲?)方面有优势,但他总共就24+3颗的实力,可靠性也明显比我差;欧盟的伽利略,用的法国欧赫利亚(orolia)公司的产品,虽说重量上有优势(18公斤),耗电更低,但毕竟是民用级别的,精度被咱碾压不说,最要命好像是,还没射过?+ I7 K( I) e' y& N4 H! I7 n
    ) D, W) d' v' N3 H+ X- P
    还有一个印度,印度挺牛的。有一个航天科技世界排名的网站,把印度排在美中欧俄日之后;印度科学家不乐意了,说,如果把人口和总投资之类的因素加进去,印度实际是世界第一的——反正印度人的算数最棒,总能把印度算成世界第一,连韩棒都比不过印棒。背着手撒尿不服不行。* K8 P* ^6 m& k$ a8 o* C/ |* W
    / q6 L, q: ]& H" |
    也许有人知道,在中国的北斗2系之后,大概是2013~2016,印度发射了7颗卫星的区域定位系统,叫navic。中国的几家手机为了抢印度市场,还想抬举抬举这个navic来着,不过印度至今也没搞出来相关的芯片,就更别提软件了。那这个navic干嘛用的?或者说有没有任何应用?这是印度之谜!
    # _$ P" T4 B) H% ~) {% Q' @" t3 _# _% |
    不开玩笑,印度那威客的实际情况是,成网的第二年,一号星停摆了;然后补发一颗,失败了,到2018年再补发,按说是成功了,但其它几颗的可靠性明显的不行了。2 f7 r/ P1 L- R. F; Y
    - G( a( ~8 w- y. M; V
    啥停摆了?原子钟啊!当年,2013年,印度虽说自己造不出原子钟,可它买的也是世界顶级的法国频谱计时spectratime公司的铷钟,虽说是民用级别的,毕竟是伽利略系统的供应商,(就是orola的前身,orola目前也是华为的供应商),,,不管怎样,反正,在原子钟方面,印度目前是,空白。当然就更不存在军用级别的定位系统了。没有卫星技术的支撑,其它的,比如导弹啦,无人机啦,,,等等,都必须仰人鼻息,“大国”悲哀莫过于此。4 I+ H5 {# P5 |/ r

    4 p8 F5 }, Y0 ^; j7 ~2 }) e" y* k6 D说些个大家可能百度不到的。% q0 o* U% n' @% B
    4 R  C0 @( N( L, r
    ===前方高能===% D+ W( T; G4 _

    6 w+ J  O( S9 v原子钟的重要性,中国科学家早就明白,但是啊,新中国那叫一个一穷二白,看着hp——没错,就现在笔记本的hp,在咱炮打司令部之前,1964年,hp就造出了便携式原子钟,眼馋啊,哈喇子流一尺那种。: l+ c; v' R% ]

    # l. ?' B9 \/ W& `: ?. p( \3 m那年,从字面意义讲,“时间”是掌握在美国的国家标准局手里的,懂吗,它可以是上帝,或者阎罗王。0 z: q& s* |. b! \' c6 l$ h

      U$ L- j) B- o' w6 G: Q% n. W9 `5 ^1 H" ?) Q
    惠普当年的铯钟,吊打全世界。
    , D1 j, j* b8 a, L/ q4 ?8 H1 _. R+ N' `
    1964年的我们,面上菜色未消,胸中“铯”心又起。裤腰带紧了两扣,就制定了第一个铯束原子钟的十年大计。不到五年,达成第一阶段小目标,我们算是做到了原子钟的入门级。然后点点悲剧,,,等到“文革”消停了几天,“余毒”还没肃清呢,英明领袖还是华主席呢,胡耀邦还没开始“敲边鼓”呢,,,已经有“臭老九”开始蠢蠢欲动,甚至扬言,要把失去的“时间”夺回来!
    * V- U* }8 y7 M  }
    * D: V' X8 F. k+ S2 I那是一帮时频的工程师。不对,他们那时还没有职称呢,都叫“技术员”,每月37元的工资,因为加夜班食堂会补一份肥肉很多的夜宵炸酱面而令他们欢欣鼓舞。但是我知道至少曾经有一个这样的美食之夜里,有三个蹲实验室的“技术员”并不开心,因为仪器故障他们当中必须有一个人去找无线电的小余来帮忙,而小余的娇妻是三线蹲放射性的,两三个月才回家度一下蜜月。谁大半夜的去敲人家小夫妻的门,那年月,挨大嘴巴。。。结果是小烨去的,也没挨大嘴巴。小余不到一个小时就修好了机器,完事也没客气,把大半罐子的肉炸酱都拿走了,因为他第二天倒休陪老婆,不打算出门。4 ?' z, X) e$ M6 s( D6 f
    - w* K4 ?% m1 ]: f/ @6 r- {
    时频,无线电,放射性,说的都啥?“时间”的原理或许你懂,可要把它固定在机器里,再以难以置信的精确度同时拿出来,是奇迹。
    - v7 ]9 w; q3 v
    - `6 p9 u; x+ {( @3 S( G# e1981年,时频的技术员们第一次“真正”做到了,精度达到十的负十三次方,追上了世界水平。“时间”从此攥在了我们手里,而且我们再也没撒过手。7 l% [" v& m5 b9 v4 W4 W; e  ?
      s0 @% l2 K% ^5 s6 K, Z3 v# x6 N* g
    1986年,十的负十四次方。
    1 ]. q! a) y; o( ^. P) Q1 D7 ?9 W1 q: I# V( x
    2003年,十的负十五次方。
    ; }' j1 X" M$ K
    3 x% x$ X* f/ h  e: J+ b! U* m5 a2017年,十的负十六次方。
    6 l: T/ B% P" _4 l, ~
    # d# y: W' b' ]- K1 H9 \这些还都是我们100%可以做到的“标准”水平,敞开了让你看,你花钱就给你做机器,绝不藏着掖着。
    6 [/ B! V4 M5 P' U" O9 d3 e7 r  }, v+ q6 P& }  }; @( G  p  _
    。。。) `- G6 V2 M  b/ ~: o- O7 l; E

    - P8 i" V! y; U1 k9 q0 G% s7 \- F' }& I+ y% [/ B8 \
    今天,再去问时频“小烨”,他可能只记得当年价值九十元的真空管爆炸时的撕心裂肺;而放射性的罗阿姨,总会抱怨几句山洞里的实验室,害她犯关节炎;无线电的小余呢,对食堂何师傅的肉渣酱一直念念不忘。
    $ Y: N9 ?3 p( m& N5 B2 M1 ^" |7 c
    5 Y# B8 w! y% o+ F
    3 {5 ^2 r# V8 ~2 w! D9 O3 a
    * X  k( [+ `: C& Q3 Q: p

    评分

    参与人数 34爱元 +220 收起 理由
    云淡风轻 + 8 谢谢!有你,爱坛更精彩
    大哈瑞 + 4 苦哈哈地熬过来。成仙了。
    馒头笼子 + 4
    天狼星 + 2 谢谢!有你,爱坛更精彩
    drknight + 4

    查看全部评分

  • TA的每日心情
    开心
    3 小时前
  • 签到天数: 2832 天

    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2020-7-22 21:54:56 | 只看该作者
    国内第一台铯钟在1965年就完成了,领头人是王义遒 十年后铷钟也成功了。" q! E, N2 l1 R9 u; ^
    真正的难点在于原子钟的小型化,这个是真的努力了好多年了。早七八年前2G往3G转的时候很多老旧基站都要拆除,所以市面上流了很多基站上带下来的铯钟,曾经有发烧友用这玩意代替高端恒温晶振来做采样与解码标准时钟。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 02:47

    评分

    参与人数 4爱元 +26 收起 理由
    云淡风轻 + 8 伙呆了
    tanis + 4
    常挨揍 + 10
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    擦汗
    10 小时前
  • 签到天数: 2743 天

    [LV.Master]无

    板凳
    发表于 2020-7-22 21:55:25 | 只看该作者
    北斗系统据说让科学院上海小卫星当了一把鲶鱼,分了部分星座给科学院,导致五院大为紧张,双方竞争加剧而促进北斗代际加快。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油墨: 5.0 油菜: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:40
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 00:11
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 14:27
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-23 08:39

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    地板
    发表于 2020-7-23 07:53:34 | 只看该作者
    电视台的3.58MHz色度副载波和授时台同步,可以代替铯钟。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情

    2021-2-24 23:26
  • 签到天数: 590 天

    [LV.9]渡劫

    5#
    发表于 2020-7-23 08:17:06 | 只看该作者
    看了这么一点不过瘾,有没有这方面的科普书可以推荐一下,谢谢
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2024-10-10 13:34
  • 签到天数: 594 天

    [LV.9]渡劫

    6#
    发表于 2020-7-23 08:47:43 | 只看该作者
    本帖最后由 忧郁金桥 于 2020-7-23 08:49 编辑
    ( z+ [0 G" h/ k" j2 e* n. _: ~. i" x8 {( ^; W1 A
    群山兄的文字,总是让人觉得朴实和亲切(大爱车旅系列);
    - z1 l1 A7 I" b1 ^4 ?看到最后很感动“香菇”,为自己是中国人感到自豪。" U( g$ m+ K- V; Z( i  W# E
    谢谢,“车旅系列”还能有第2季吗?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    10 小时前
  • 签到天数: 3272 天

    [LV.Master]无

    7#
    发表于 2020-7-23 10:41:50 | 只看该作者
    每月37元的工资 ------ 中专起步工资
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    8#
    发表于 2020-7-23 18:45:06 | 只看该作者
    安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    3 小时前
  • 签到天数: 2832 天

    [LV.Master]无

    9#
    发表于 2020-7-23 22:56:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-23 18:45
    0 M  X& ~* `, {, u安捷伦的铯钟,现在还是只能让人望尘莫及的水平,据说现在都禁运了
    % }* Y" U' R* ~
    原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。  p  ]( m! T% z. N
    他家的铯钟在基站上很常见。

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    油菜: 5.0
    油菜: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    给力: 5
      发表于 2020-7-24 22:33
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-24 07:14

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4

    查看全部评分

    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    10#
    发表于 2020-7-25 13:35:00 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56
    & ~) q2 C( q3 g+ r5 a: R9 r: M原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    5 s, ~# t( N" P他 ...
    . t3 ], r  |, H9 G: s: _
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好4 z4 b) x" M: L( y- |
    5071A好像这两年不好买了
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    3 小时前
  • 签到天数: 2832 天

    [LV.Master]无

    11#
    发表于 2020-7-25 22:56:14 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-25 13:35: [1 C7 Q  c9 |0 `3 O. r. p
    短稳是氢钟最好,长稳是铯钟最好
    & J4 Q+ i5 q0 z. O5071A好像这两年不好买了

    / F6 p, p! a0 {. }这个短稳长稳有出处嘛?
    : g3 i% X/ l5 [* l( a% i铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩一半~~
    * N0 P2 Y) D' @( Y6 v$ `% u所以 安捷伦到底是美国禁运呢还是自个玩不下去了还得俩说

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-7-26 06:29
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    12#
    发表于 2020-7-26 12:48:09 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-25 22:56
    % j  W/ Q! q4 v% f9 j8 a+ w' w2 A这个短稳长稳有出处嘛?  J/ a2 H, O9 U$ ?0 l
    铯铷两种原子钟国内目前的厂家是天奥。恰恰就是这个国产鲶鱼让进口货的价格腰斩 ...
    . x# T) H7 ~& n1 a9 _7 q
    3 t$ v' y8 |' @% G2 T: b

    $ {# ]1 w1 ~5 A0 P0 j/ Z3 ~没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    % F6 V1 X+ Q' B, L6 M6 Y; Z4 i+ D这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的稳定性好,随着时间拉长,氢钟的稳定性(阿伦方差)就开始往上翘了,而高性能铯钟的阿伦方差则保持减小的趋势。

    点评

    油菜: 5.0 涨姿势: 5.0
    给力: 5.0 油墨: 5.0
    油墨: 5 油菜: 5 给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2020-8-8 16:41
    油墨: 5 油菜: 5
      发表于 2020-7-27 04:48
    给力: 5
      发表于 2020-7-27 03:03
    油菜: 5 涨姿势: 5
    学渣表示看不懂,但不妨碍表示佩服 :)  发表于 2020-7-26 21:12

    评分

    参与人数 1爱元 +4 收起 理由
    老财迷 + 4 伙呆了

    查看全部评分

    回复 支持 1 反对 0

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    慵懒
    10 小时前
  • 签到天数: 3238 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2020-7-27 03:01:53 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-23 22:56
    1 i( _$ K- @! B原子钟精度排名是铯-铷-氢 安捷伦之前并不涉及这块业务,后来收购此类公司才具备这个行业准去资格的。
    , b, h6 U+ @& C2 t7 V3 @他 ...

    ! b9 r0 k) d1 q# a" B' ]* t安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-30 11:41
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    3 小时前
  • 签到天数: 2832 天

    [LV.Master]无

    14#
    发表于 2020-7-27 03:35:13 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-26 12:48
    $ ~! ?! i+ E' N; Q& D9 z没找到合适的文献,偷懒找到一个 stackexchange 上的图
    ( A! Y# }# o# n+ E5 B这个图把意思表达出来了,在天的量级上,氢钟的 ...
    / B; \7 @* S+ Q
    你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。
    % n$ d) \) {$ C- o! ~7 z3 V冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大了,只能空间站或者大型卫星上使用。  o8 b6 Y, ]7 N2 u0 R" w9 Z1 I# ^3 L

    点评

    涨姿势: 5.0
    涨姿势: 5
      发表于 2020-7-27 04:47
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    15#
    发表于 2020-7-27 11:33:16 | 只看该作者
    红茶冰 发表于 2020-7-27 03:35$ D% w" u7 \9 g# n" }6 G; G" R
    你说的这个是冷原子喷泉钟吧?传统的铯基原子钟稳定性是不如铷和氢的。
    / H' R' O6 J) [( n7 E( L9 C- g冷原子喷泉钟唯一的缺陷就是太大 ...

    ( Q6 I' g8 u( }+ i- S可能高端的铯钟做的更好一些吧3 _$ P1 y4 h9 l/ S/ T. y7 a" u
    从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳4 R, I7 m" Y% X& v. U
    时间基准据说用的是铯钟,利用其长稳
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    16#
    发表于 2020-7-27 11:34:00 | 只看该作者
    北京阿新 发表于 2020-7-27 03:01
    * @: d5 r6 T  A0 h: s安捷伦是惠普分出来的,原来的惠普电子测试和测量部

    # f4 Y* A" Y% [, c2 r嗯,惠普 - 安捷伦 - 是德,不知道后面怎么变
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    17#
    发表于 2020-7-28 00:56:08 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-27 11:33
    9 l5 d. r3 K1 C& m- C' `8 z% |6 a可能高端的铯钟做的更好一些吧
    " Z, Y; C8 X8 e& A" j, U  A从射电天文学的反馈来看,观测的时候都是用氢钟,利用其短稳
    4 ^" ], |$ U$ _7 t. E时间基准据说 ...
    # Q1 `1 V% V( a7 j4 T; _8 ]
    请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-4-29 10:01
  • 签到天数: 334 天

    [LV.8]合体

    18#
    发表于 2020-7-28 09:50:08 | 只看该作者
    时间基准就是用铯的9193兆谱线对的。铷是6834兆。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2019-12-31 23:10
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    19#
    发表于 2020-7-28 10:29:35 | 只看该作者
    陈王奋起挥黄钺 发表于 2020-7-28 00:56
    . X6 d1 K% {/ I2 w# Y  {, ^, U请教一个问题,原子钟之间如何保持时间同步?

    3 F4 P: |) n5 Y/ V- }6 D如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原子钟的稳定性,用算法算出一个综合的时间,大家向这个综合的时间看齐调整
    + ]4 u; X, x' L# L& e/ t
    " n* z8 h( i* L$ u7 T- h不在一起的原子钟,有基于卫星的、光纤的,等等方法进行比对
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

  • TA的每日心情
    开心
    2020-9-28 03:33
  • 签到天数: 17 天

    [LV.4]金丹

    20#
    发表于 2020-7-28 11:41:34 | 只看该作者
    radioradio 发表于 2020-7-28 10:29
    1 n* j7 R/ Q) q- J如果原子钟是放在一起的,可以本地直接比对,找出相互之间的差值,根据长期的数据,可以评估出各个单台原 ...

    " [+ Z, \" f6 d  i' M像卫星上的原子钟,隔了几万公里,距离也不确定,真的好奇如何进行时间同步。
    回复 支持 反对

    使用道具 举报

    手机版|小黑屋|Archiver|网站错误报告|爱吱声   

    GMT+8, 2024-11-16 10:08 , Processed in 0.073534 second(s), 18 queries , Gzip On.

    Powered by Discuz! X3.2

    © 2001-2013 Comsenz Inc.

    快速回复 返回顶部 返回列表